廣東粵電集團云浮電廠現有4臺發電機組，其中1、2#機組裝機容量為125MW，3、4#機組裝機容量為135MW。改造前1、2#爐送風機采用擋板調節，風道壓流損失嚴重，為了節能降耗、提高機組調節性能，我廠經多方考察認證，我們決定采用運行成熟、技術*的變頻調速方式進行改造。變頻裝置安裝方便，只需在原斷路器與電機之間串聯變頻裝置即可，無需對負載和電機做任何改動。首先對1#機組兩臺送風機進行試驗改造。2006年10月份，在#1爐甲、乙側送風機上安裝了兩臺HARSVERT-A06/130型高壓變頻器。通過變頻調速，實現了電機轉速連續無級調速，調速范圍寬，調節精度高，效率高，實現了電機的軟啟動，減少了啟動沖擊及設備磨損。正常運行后，可靠性高，基本上無維護量。通過對引風機進行變頻改造而達到節能增效的目的。
　　1.HARSVERT-A06/130型高壓變頻裝置原理
　　（1）高壓變頻器原理簡介
　　HARSVERT-A06/130型變頻裝置采用多電平串聯技術，6kV系統結構如圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。系統采用7+1冗余結構，當有1級模塊旁路時，系統仍能輸出額定電壓滿負荷運行。6kV系列有24個功率單元，每8個功率單元串聯構成一相。
　　 

　　圖1：高壓變頻調速系統結構圖
　　每個功率單元結構上*一致，可以互換，其電路結構如圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到如圖3所示的波形。
　　 


　　圖2：功率單元電路結構                   圖3：單元輸出的PWM波形
　　輸入側由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成48脈沖整流方式;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形，使負載下的網側功率因數接近1。
　　另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規低壓變頻器。
　　輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖4所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造;同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。
　　當某一個單元出現故障時，通過使圖2中的軟開關節點K導通，可將此單元旁路出系統而不影響其他單元的運行，高壓變頻器可持續降額運行;如此可減少很多場合下停機造成的損失。避免了由于一個大功率高壓開關器件的故障而導致的整機故障。保證了多電平變頻器的可靠性。
　　 

　　圖4：變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形
　　（2）該產品部分功能介紹
　　①N+1單元冗余系統。所有功率單元正常時，電壓調制系數比正常的標準設備略低，當有單元出現故障旁路時，則自動提升調制系數，旁路一級時仍能夠滿電壓輸出。
　　②單模塊旁路技術。每相8個模塊串聯，當一個功率模塊故障旁路時，與之對應的同級模塊仍繼續工作，通過中心點偏移技術使輸出電壓平衡，電壓輸出能力為95.6%，比同級旁路時輸出電壓大大提高。
　　③掉電3秒不停機功能。在高壓變頻器高壓失電3秒內，高壓變頻器自動減速繼續運行，3秒內恢復高壓變頻器從zui后運行頻率開始恢復運行，3秒內高壓未恢復變頻器停機，20秒內高壓恢復變頻器自動執行飛車啟動。
　　④低電壓延時保護功能。電網電壓波動在+15～-35%U0之間，高壓變頻器能夠實施有效的低電壓延時保護功能，保證系統的可靠性。
　　⑤高壓掉電恢復自動重啟功能：為避免電網短時失電對企業生產造成影響，HARSVERT-A高壓變頻器具備來電自啟動功能。當電網電壓消失后，高壓變頻器緊急停機，如果在20秒內電源恢復（時間可設置），高壓變頻器會進行自動啟動，恢復停機前的運行狀態。
　　⑥任意轉速旋轉啟動。為了適應國內電網波動大，現場主動力電源母線段切換的要求，系統提供旋轉中再啟動功能。從而在電網電壓波動超過+15～-35%U0情況下，系統能夠提供有效過、欠壓保護;在電網恢復正常后，自動搜索跟蹤電動機轉速按照設定曲線恢復正常運行狀態，保證機組安全運行不跳閘。在現場主動力電源母線段切換過程中，系統自動識別網側電壓變化，系統保護不停機;待電網電壓恢復后，自動啟動設備運行至給定頻率值，滿足現場對設備的高可靠性要求。為了滿足不同現場對旋轉中再啟動功能的需求，系統提供完備的參數設定功能，保證系統動作有效，保護得當。真正適應現場運行工況要求。
　　2.變頻改造方案簡介
　　#1爐送風機是兩臺雙側布置，高壓變頻改造前送風機的風量調節由人工調節擋板來實現。送風機及其電機參數如下：
　　電動機參數
　　型號：Y500-4-6 額定電流：118.8A
　　額定功率：1000kW 額定頻率：50Hz
　　額定電壓：6kV 額定轉速：990r/min
　　為了充分保證系統的可靠性，高壓變頻器同時加裝工頻旁路裝置，當高壓變頻器異常時，停止運行，電機可以直接手動切換到工頻下運行。工頻旁路由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（如圖5，QF為我廠原有高壓開關）。其中QS2、QS3為雙投隔離開關的兩組刀，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開;工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
　　 

　　為了實現高壓變頻器故障的保護，高壓變頻器對6kV開關QF進行聯鎖，一旦高壓變頻器故障，高壓變頻器跳開QF開關。工頻旁路時，高壓變頻器應允許QF開關合閘，撤消對QF開關的跳閘信號，使電機能正常通過QF開關合閘工頻啟動。
　　高壓變頻調速系統內置西門子S7-200PLC，與現場DCS接口靈活方便。正常運行時，啟動、停機操作，頻率調整由DCS控制，同時高壓變頻器狀態實時反饋給DCS系統。
　　3.高壓變頻器運行節能效果測試情況：
　　（1）高壓變頻器參數
　　型號 HARSVERT-A06/130 輸入電壓 6kV
　　額定電流 130A 額定功率 1000kW
　　（2）電機參數
　　額定功率 1000kW 額定電壓 6kV
　　額定轉速 990rpn 額定電流 118.8A
　　（3）節能計算
　　通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3;即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。即當電機轉速降為額定轉速的80%時，調速系統（高壓變頻器+電機）從電網側吸收功率約降為額定轉速時的51%，因此，若工藝要求系統風量下降即送風機轉速下降時，節能效果十分明顯。
　　在相同運行方式及相同工況下進行測試，數據如下：
　　高壓變頻器投運前后電機實際電流的變化
　　機組負荷 變頻前 變頻后 節電率
　　125MW 70A 48A 25%
　　100MW 5 29A 40%
　　比較高壓變頻器改造前后，送風機電機實際消耗功率，在機組125MW負荷時，計算節電約為25%，當機組負荷為100MW，計算節電率約為40%。經統計投運前、后兩個月送風機單耗，節電率為27.7%，按現行上網電價，18個月可收回全部投資。
　　4.空水冷卻器簡介
　　考慮廣東地區夏天氣溫較高，利德華福為高壓變頻器配備了空水冷卻器，保證設備安全運行。
　　空水冷卻器外形如圖6所示。從高壓變頻器出來的熱風，經過風管連接到內有固定水冷管的散熱器中，散熱器中通過溫度低于33℃的涼水，熱風經過散熱片后，將熱量傳遞給冷水，變成冷風從散熱片吹出，熱量被循環冷卻水帶走，保證高壓變頻器室內的環境溫度不高于40℃。
　　 

　　圖6：空水冷卻器外形圖
　　現場一臺高壓變頻器配置兩臺空冷器（如圖7），單臺故障時不會對系統產生較大影響。從實際應用情況看，室內溫度能控制在30℃左右，效果明顯。
　　經綜合計算比較，空水冷卻方式的費用約為空調冷卻方式的50%。
　　 

　　圖7：空冷器與變頻器布局圖
　　5.結束語
　　高壓變頻裝置由于其節能效果明顯，特別是在低負荷時更為顯著，采用變頻調速后，實現了電機的軟啟動，延長電機的壽命，送風機擋板全開，消除了入口風道原有的喘振，也減少了風道的磨損。良好的節能效果和調節性能，具有廣闊的推廣應用前景。
　　本廠兩臺設備自投運以來，運行非常可靠，未出現任何故障。*可以說，本次我廠送風機高壓變頻改造項目是成功的。